2.12. Стальные канаты

Канаты используют в элементах конструкций, воспринимающих исключитель­ но растягивающие усилия. При этом не требуется развитие сечений по условиям устойчивости и создается возможность эффективного применения сталей высокой прочности с полным использованием несущей способности материала, снижением расхода металла и уменьшением собственного веса конструкций. Вместе с тем, из-за малого диаметра элементов, образующих канат, особое внимание должно быть обращено на защиту от коррозии.

2 .1 2 .1 . Канатная проволока. Канаты формируют из высокопрочной стальной проволоки с размером сечения до 5-7 мм, получаемой из заготовок диаметром до 10-12 мм путем прокатки и многократного волочения через фильеры (отверстия в пластинках из твердого сплава) с применением термической обработки. В процессе изготовления проволоки предел прочности повышается в 2-4 раза, однако пласти­ ческие свойства существенно снижаются.

По форме поперечного сечения различают канатную проволоку круглого и фа­ сонного (зетобразного, иксобразного или трапециевидного) сечений.

По виду поверхности различают проволоку: светлую (без покрытия) и оцинко­ ванную трех групп в зависимости от поверхностной плотности цинка: с толстым слоем цинка для особо жестких в коррозионном отношении условий работы (ОЖ), со слоем цинка средней толщины для жестких условий работы (Ж), со слоем цин­ ка небольшой толщины для средних условий работы (С). По специальным техни­ ческим условиям готовят проволоку с покрытием слоем алюминия или полимер­ ных материалов.

Временное сопротивление разрыву проволоки характеризуется маркировочной группой 1078-2352 МПа.

Механические свойства проволоки по однородности и пластическим свойствам характеризуются марками ВК (высокого качества), В и I, которые отличаются за­ данным разбегом временного сопротивления проволок, числом перегибов и скру­ чиваний проволоки до разрушения - наибольшими для группы ВК и меньшими - для групп В и I.

2 .1 2 .2 . Классификация канатов. По конструкции различают канаты (пучки) из параллельных проволок и витые канаты. В нашей стране изготовляются только витые канаты; канаты из параллельных проволок готовят только при строительстве отдельных крупных объектов (преимущественно мостов) непосредственно на мон­ таже или на припостроечном полигоне.

По виду поперечного сечения различают круглые и плоские витые канаты.

По типу свивки круглые витые канаты разделяются на следующие типы: кана­ ты одинарной свивки (спиральные) с расположением проволок в концентрических кольцевых слоях, двойной и тройной свивки (многопрядные). Канаты двойной свивки образованы из спиральных канатов (прядей); одна прядь (сердечник) рас­ полагается в центре, а остальные - в концентрических слоях по спиральным лини­ ям. Канаты тройной свивки состоят из свитых канатов двойной свивки (стренг).

По точности изготовления различают канаты нормальной (без обозначения) и повышенной (Т) точности.

Спиральные канаты могут быть образованы только из круглых проволок; за ­ крытые спиральные канаты отличаются использованием в одном или нескольких внешних слоях фасонных проволок зетобразного, трапециевидного или иксобраз­ ного сечений.

По виду сердечника различают витые канаты с металлическим (мс) и органиче­ ским (ос) сердечником, а также с сердечником из искусственных материалов (ис) и из металлической проволоки малой прочности (мсм).

148

По типу свивки канатов одинарной свивки (в том числе прядей) различают ка­ наты с точечным касанием проволоки между слоями (ТК) и с линейным касанием (JIK), а также различные модификации с одинаковым (ЛК-О) и разным (JIK-P) диаметром проволок по слоям, с проволоками заполнения (JIK-3), с сочетанием слоев проволок одинаковых и разных диаметров (JIK-РО), с комбинированным точечно-линейным касанием (TJIK)

По направлению свивки различают канаты правой (без обозначения) и левой (JI) свивки. По сочетанию направлений свивки многопрядных канатов и их эле­ ментов различают канаты крестовой свивки (без обозначения), в которых направ­ ления свивки каната и составляющих его прядей и стренг противоположны; кана­ ты односторонней свивки (О), в которых одинаковы направления свивки каната и наружных слоев прядей; канаты комбинированной свивки (К) с чередующимися направлениями свивки прядей.

По способу свивки различают: канаты нераскручивающиеся (Н), в которых пряди (для многопрядных канатов) или проволоки (для спиральных канатов) со­ храняют свое положение после снятия перевязок или заварки с конца каната; ка­ наты раскручивающиеся (Р), не обладающие указанными выше качествами.

По степени крутимости различают канаты крутящиеся (без обозначения) с одинаковым направлением всех прядей и стренг и малокрутящиеся (МК) - много­ слойные канаты с противоположным направлением свивки в слоях. По временно­ му сопротивлению разрыву (маркировочной группе), механическим свойствам (групп ВК, В и I) и виду покрытия проволок канаты различают по соответствую­ щим характеристикам канатной проволоки, из которой образован канат (см.выше).

По назначению различают канаты грузолюдские (ГЛ) только марки В, а также грузовые. Конструкция, основные характеристики и диаметры канатов приведены в соответствующих стандартах на сортамент канатов; имеются стандарты - техни­ ческие условия на канаты и на канатную проволоку.

Условное обозначение каната должно отвечать требованиям соответствующего сортаментного стандарта и включать: диаметр каната, назначение, марку, вид по­ крытия, направление свивки, сочетание направлений свивки, способ свивки, сте­ пень крутимости, маркировочную группу, номер стандарта на сортамент. Стандар- тами-техническими условиями предусмотрена возможность предъявления потреби­ телем некоторых дополнительных требований.

В процессе изготовления проволока, пряди и канаты покрываются смазкой в определенной степени способствующей антикоррозионной защите. Могут быть предъявлены требования по типу смазки, по поставке канатов со смазанной или несмазанной наружной поверхностью. Может быть регламентирован шаг свивки проволок в прядях и прядей в канате; шаг свивки численно характеризуется крат­ ностью - отношением длины шага свивки проволоки (пряди) к диаметру пряди (каната). Потребителем устанавливается и длина каната.

2 .1 2 .3 . Рекомендации по выбору типов канатов и их параметров. При выборе ти­ пов и параметров канатов, в первую очередь, необходимо учитывать требования эксплуатации сооружения; должны быть учтены также условия возведения и эко­ номические требования. По условиям защиты от коррозии в металлических конст­ рукциях постоянных сооружений не следует применять канаты с проволокой диа­ метром менее 2,4 мм (в мостах - 2,6 мм); это ограничение не относится к проволо­ кам заполнения и сердечника. Во всех случаях следует использовать канаты из проволоки максимально возможного диаметра.

В конструкциях следует применять только канаты с проволокой, имеющей ме­ таллическое (цинковое или алюминиевое) покрытие; применение светлой (неоцинкованной) проволоки для металлических конструкций постоянных сооружений не допускается.

149

Выбор типа металлического покрытия по толщине (ОЖ, Ж или С) производит­ ся в зависимости от степени агрессивного воздействия по СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии», обязательное приложение II. При высокой степени агрессивности предусматривают дополнительную защиту канатов лакокрасочными покрытиями или полимерными пленками, которые, как правило, наносят на монтаже.

Вцелях экономии металла следует использовать канаты максимальных по прочности маркировочных групп сортаментного стандарта, но не более 1764 МПа, поскольку оцинкованная проволока высокой прочности при агрессивных воздейст­ виях среды может проявлять склонность к хрупкому коррозионному разрушению под напряжением («водородная хрупкость»).

Канаты из параллельных проволок отличаются высокой прочностью, продоль­ ной жесткостью (модуль упругости каната близок к модулю упругости проволоки). Ползучесть при эксплуатации практически отсутствует, поэтому нет необходимо­ сти в предварительной вытяжке. К недостаткам этих канатов можно отнести по­ вышенную изгибную жесткость, осложняющую перевозку, монтаж и устройство перегибов в опорных узлах. Из-за отсутствия в стране налаженного промышленно­ го производства канаты из параллельных проволок могут быть рекомендованы лишь для особо ответственных сооружений с большим объемом потребления (свы­ ше 500-1000 т), с получением по импорту или с изготовлением на месте монтажа.

Востальных случаях в строительных конструкциях применяют круглые витые канаты грузовые (Г) одинарной (спиральные) и двойной свивки нормальной точ­ ности. Канаты тройной свивки из-за повышенной деформативности мало пригод­ ны для использования в качестве несущих элементов.

Из-за неравномерного распределения усилий между проволоками и их взаим­ ного проскальзывания разрывное усилие витого каната в целом (определенное при испытаниях образцов каната на разрывной машине) ниже суммарного разрывного усилия проволок, составляющих канат; по той же причине модуль упругости кана­ та значительно ниже модуля упругости материала проволок.

Это снижение для спиральных канатов невелико (порядка 5 % - по прочности

и15 %-по жесткости). Поэтому спиральные канаты лучше отвечают условиям экс­ плуатации в строительных конструкциях. Необходимо учитывать, что диаметр спи­ ральных оцинкованных канатов из круглых проволок, выпускаемых в стране, не превышает 18,5 мм.

Закрытые спиральные канаты обладают повышенной коррозионной стойко­ стью благодаря наличию фасонных проволок во внешних слоях и могут быть ре­ комендованы для широкого применения в строительных конструкциях, особенно при необходимости сформирования элементов с большими расчетными усилиями (50 т и более) и при отсутствии промежуточных перегибов по длине каната Необ­ ходимо учитывать, однако, повышенную по сравнению с многопрядными каната­ ми сложность выполнения работ по устройству концевых закреплений и по мон­ тажу. Вопросы поставки закрытых канатов из оцинкованной проволоки должны быть согласованы с изготовителем.

Канаты двойной свивки для элементов постоянных сооружений следует при­ менять только из круглых прядей с металлическим сердечником, поскольку наличие органического сердечника ведет к снижению продольной жесткости и коррозион­ ной стойкости каната. Снижение разрывного усилия каната в целом по сравнению с суммарным разрывным усилием всех проволок достигает 15-20 %, а уменьшение

модуля упругости каната по сравнению с модулем упругости проволок - 25-35 %. Предпочтительно использование канатов с линейным касанием проволок (JIK)

и их модификаций, в которых уменьшены контактные напряжения между прово­

150

локами и деформации ползучести по сравнению с канатами, имеющими точечное (ТК) касание проволок.

Нераскручивающиеся канаты (Н) удобнее при изготовлении канатных элемен­ тов и монтаже, чем раскручивающиеся. Некоторые специалисты отмечают сниже­ ние агрегатной прочности нераскручивающихся канатов по сравнению с раскручи­ вающимися, однако это снижение не имеет практического значения, тем более, что имеются данные о повышенной выносливости нераскручивающихся канатов. В случае применения раскручивающихся канатов необходимо предусматривать удли­ ненные обвязки мягкой проволокой по концам канатов у анкеров.

Как правило, не имеют значения для канатов в строительных конструкциях на­ правления свивки и их сочетания. В тех случаях, когда анкерные закрепления не могут воспринимать крутящие моменты, следует использовать канаты крестовой или комбинированной (К) свивки, малокрутящиеся (МК).

Элементы конструкции в виде пучков или групп канатов следует формировать из равного числа канатов правой и левой свивки.

Для элементов конструкций, воспринимающих вибрационные и динамические воздействия, а также для статически нагруженных элементов особо ответственных сооружений следует применять канаты марок ВК и В по механическим свойствам; в остальных случаях могут быть использованы канаты марки I.

Для повышения продольной жесткости и уменьшения деформации ползучести следует предусматривать канаты с максимальными величинами кратности свивки, что должно быть согласовано с изготовителем. Некоторые технические условия на канаты, специально предназначенные для строительных конструкций, содержат прямые указания об изготовлении канатов с увеличенной кратностью свивки.

При эксплуатации сооружений в районах с низкими расчетными температура­ ми (ниже -40 °С), либо в районах с высокими летними расчетными температурами следует предусматривать по согласованию с поставщиком применение соответст­ венно морозостойких и тугоплавких канатных смазок.

Требования к канатам для оттяжек антенных сооружений и элементов антен­ ных полотен регламентированы. При назначении групп покрытий необходимо учитывать новые обозначения групп покрытия - ОЖ вместо ЖС, Ж вместо СС. Требования к канатам для стальных конструкций мостов регламентированы п.4.4 СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы».

При использовании в конструкциях небольших количеств канатов (до 15-20 т) необходимо учитывать возможность варьирования типов канатов по требованиям изготовителя. Требования к канатам для особо ответственных сооружений при большом объеме применения должны быть согласованы с изготовителем.

В некоторых случаях целесообразна разработка специальных технических усло­ вий для канатов конкретных объектов с учетом специфических условий эксплуата­ ции и строительства; такие технические условия были составлены, например для канатов Останкинской телебашни, мостов через р. Амударью у Сазакино и Келифа, Шексну в Череповце, Южного моста через Днепр в Киеве и др. При этом мо­ гут быть предъявлены требования к канатам, выходящие за рамки указаний соот­ ветствующих стандартов.

При составлении заказа на канаты следует учитывать возможность раскроя на элементы требуемой длины с запасом по 1-3 м на каждый конец элемента. Необ­ ходимо учитывать ограничения длины каната на транспортном барабане, приве­ денные в соответствующих стандартах, а также приплаты за мерность, предусмот­ ренные в прейскурантах.

Ниже приведен перечень действующих стандартов и технических условий на канаты, рекомендуемые для использования в строительных металлических конст­

151

рукциях, а также сокращенный сортамент канатов для мачтовых сооружений объ­ ектов связи.

Таблица 2.35. Сокращенный сортамент стальных оцинкованных канатов для мачтовых сооружений объектов связи

Примечание. В пределах настоящего сортамента по согласованию с проектной организацией допустимы замены на ГОСТы 3063-80*, 3064-80*, 3068-88*, 3081-80*, 7669-80*, 7667-80*, 14954-80*.

В табл.2.36-2.41 приведен сокращенный сортамент стальных оцинкованных ка­ натов, рекомендуемых для применения в металлических строительных конструк­ циях. В табл.2.39-2.41 расчетное разрывное усилие соответствует суммарному раз­ рывному усилию всех проволок каната.

Таблица 2.36

152

Таблица 2.37

153

Таблица 2.40

154